一种单板模块化高可靠性的无人机自驾仪的制作方法

文档序号:9886994阅读:481来源:国知局
一种单板模块化高可靠性的无人机自驾仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人机技术领域,具体涉及一种单板模块化高可靠性的无人机自驾仪。
【背景技术】
[0002]目前常见的无人机自动驾驶仪一般是由一个微处理器对输入的各种信息进行处理,完成相关控制律的解算,并将运算处理的结果输出到各外设接口,驱动外设工作,实现无人机自动驾驶的功能。考虑到成本等因素,这些自驾仪采用的处理器一般是51、AVR或STM32等单片机。使用单一处理器,虽然可以减小电路板设计、制造的成本,但是也带来了一系列相关的问题。首先,单一的CPU既要采集处理各类传感器数据,还要实时完成控制律的解算,甚至还要完成载荷设备的控制及相关外设的驱动、通信等功能,容易导致系统不满足飞行器控制的实时性要求;另外,单一的CPU完成多项任务,多个中断函数或者线程非线性地并行工作,容易导致系统出现不稳定的状态,影响系统的可靠性。
[0003]另外,现有技术中的很多自驾仪采用单PCB板集成各类传感器的设计方案,包括相关的导航器件等。但是由于导航器件的体积一般较大,同时面向不同的飞行器,导航器件的性能需求也存在较大的差异,因此可能存在经常需要更换导航单元的问题,影响自驾仪系统的适用性。

【发明内容】

[0004]为了解决以上现有技术中的不足,本发明提出了一种单板模块化高可靠性的无人机自驾仪。本发明采用双DSP(Digital signal processor)处理器架构,导航DSP负责各种传感器信息的采集与处理,主控DSP负责系统状态决策与控制律解算,控制舵机、电机等执行机构;两者分工明确,效率高,互不干扰,简单可靠,严格保证系统的实时性与稳定性。同时通过支持信息无干扰传输与重要参数备份的板载共享内存、支持数据实时在线记录与参数断电保存的Flash存储单元、故障自诊断与复位单元及一体化的单板统一供电单元等功能模块,提高系统的可靠性。
[0005]具体技术方案为:
[0006]—种单板模块化高可靠性的无人机自驾仪,包括单块电路板,在单块电路板上集成了双DSP处理器、板载共享内存、Flash存储单元、接收机信号采集单元、板载数据测量单元、位置/姿态/航向测量单元、串口输入输出单元、故障自诊断与复位单元、单板统一供电单元;其中所述板载共享内存为双口 RAM;
[0007]所述双DSP处理器分别为导航DSP、主控DSP;所述板载共享内存分别与导航DSP和主控DSP连接;所述Flash存储单元连接在主控DSP上;所述接收机信号采集单元采集来自地面遥控器的控制指令,并传输至主控DSP;主控DSP自带的PWM输出模块输出标准的PffM信号,经过光耦隔离与放大,用于驱动执行机构,控制无人机飞行;
[0008]所述板载数据测量单元包括气压高度传感器、空速采集传感器,温度采集装置、转速采集装置、电压采集装置;所述气压高度传感器通过标准的SPI接口与导航DSP相连;所述空速采集传感器通过运算放大电路后经AD采样芯片转换成数字信号,并通过SPI接口与导航DSP相连,将数字信号传输至导航DSP;所述温度采集装置经由运算放大电路后直接连接到导航DSP的AD数据采集端;所述转速采集装置经由电压转换电路后直接连接到导航DSP的1 口;所述电压采集装置连接无人机的总电源电压,经过电阻进行分压,分压值经由运算放大电路后直接连接到导航DSP自带的AD数据采集端;
[0009]所述位置/姿态/航向测量单元包括三轴角速率陀螺、三轴加速度计、三轴磁力计和GPS接收机;所述位置/姿态/航向测量单元通过串口与导航DSP相连;
[0010]所述单板统一供电单元包含多个电压转换芯片,连接各个需要供电的模块;所述故障自诊断与复位单元连接所述双DSP处理器模块。
[0011]采用本发明获得的有益效果:
[0012](I)通过采用双DSP处理器架构,实现不同任务的有效分工,降低软件程序的非线性度,提高系统的可靠性;(2)通过采用板载共享内存(双口RAM)的机制来实现数据的交互,并通过DSP内部的DMA方式进行数据的读写,大大降低了两个处理器之间因为数据交换而产生的额外延时及对处理单元的影响,提高系统实时性和稳定性。同时,双口 RAM可用于重要参数的备份,保证在处理器断电等意外情况下重启后能及时获得可用的参数;(3)通过板载Flash存储单元,保证数据实时在线记录,同时可用于断电情况下的重要参数保存,提高系统的鲁棒性;(4)通过故障自诊断与复位单元,对系统进行有效监控,提高系统的鲁棒性;
(5)通过一体化的单板统一供电单元,简化线路连接,提高可靠性。另外,本发明采用模块化的顶层设计结构,层次分明,可以根据不同的任务需求更换导航模块单元,适用性强。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的整体结构示意图;
[0014]图2是本发明实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图1所示,本发明的整体结构示意图;在单块电路板上集成了功能分解的双DSP处理器、板载共享内存、Flash存储单元、接收机信号采集单元、板载数据测量单元、位置/姿态/航向测量单元、串口输入输出单元、故障自诊断与复位单元、单板统一供电单元;其中所述板载共享内存为双口 RAM;板载共享内存支持信息无干扰传输与重要参数备份,Flash存储单元支持数据实时在线记录与参数断电保存。
[0017]如图2所示,是本发明实施例结构示意图。双DSP处理器包括导航DSP和主控DSP,导航DSP负责位置/姿态/航向测量单元、板载气压、空速、温度、转速、电压等传感器的数据采集、处理运算,同时把处理的结果发送至板载共享内存;主控DSP负责无人机的姿态控制计算、导航制导控制计算、执行机构控制指令生成、与无线电台的数据通信,以及对导航DSP的工作状态监控。同时,主控DSP自带的PWM输出模块用来生成标准的PWM信号,经过光耦隔离与放大后与舵机直接相连。导航DSP与主控DSP之间的信息传递,通过板载共享内存(双口RAM)实现。本实施例中的导航DSP和主控DSP均选用TI公司的TMS320C28X系列浮点DSP控制器,主频可以达到150MHz,片上集成了Flash、SARAM、Boot ROM等多种存储单元;
[0018]本实施例中的板载共享内存采用双口RAM,通过标准的数据/地址总线与导航DSP和主控DSP通信。导航DSP与主控DSP之间的信息传递,也是通过板载共享内存(双口 RAM)实现的;DSP通过外围的DMA(Direct Memory Access,存储器直接访问)控制器对双口RAM进行数据读写。同时,共享内存可以用于系统工作过程中重要参数的保存,
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